DE68919674T2

DE68919674T2 - Method and device for diagnosing networks.

Info

Publication number: DE68919674T2
Application number: DE68919674T
Authority: DE
Inventors: Roland John Burns; Martyn James Riley
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: EP0381878A1; EP0381878B1; US5226036A; DE68919674D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Netzwerk-Diagnose und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Diagnosewerkzeug zum Abbilden der Position von Netzwerkknoten auf ein lokales Netz (LAN; LAN = Local Area Network).The present invention relates to an apparatus and method for network diagnostics and in particular, but not exclusively, to a diagnostic tool for mapping the position of network nodes to a local area network (LAN).

Es ist allgemein bekannt, daß die Übertragungszeit zwischen einer Sendestation und verschiedenen Empfangsstationen eines Netzwerks gemessen werden können. Die Erfindung, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 58-108761, veröffentlicht als JP-A-60-1950, beschrieben ist, erfordert z.B. eine Sendestation, um eine Übertragung zu Station Y durchzuführen, die dann eine positive Rückmeldung gibt, und dann eine getrennte Übertragung zu Y', die dann ebenfalls eine positive Rückmeldung gibt. Die Übertragungsstation selbst bestimmt den Zeitunterschied zwischen den jeweiligen positiven Rückmeldungen, um den Unterschied der Übertragungszeiten zu den jeweiligen Stationen zu bestimmen. Die Technik, die in JP- A-60-19 50 beschrieben ist, ist jedoch nicht geeignet, ein Netzwerk-Diagnosewerkzeug zu implementieren, das geeignet ist, die Position von Netzwerkknoten auf ein lokales Netz abzubilden, da jede Netzwerkstation in der Lage sein müßte, ein genaues Zeitintervall zwischen Paket-Sendungen und -Empfängen zu berechnen oder zu implementieren. Ein derartiges System ist für diesen Zweck unzweckmäßig und wäre unnötig aufwendig. Es ist statt dessen erwünscht, einen Standardnetzwerkknoten zu verwenden, der ausgenommen zum Zweck von Fehlerdiagnosemessungen keine zusätzlichen Operationen durchftihren müßte.It is well known that the transmission time between a transmitting station and various receiving stations of a network can be measured. For example, the invention described in Japanese Patent Application No. 58-108761, published as JP-A-60-1950, requires a transmitting station to make a transmission to station Y, which then gives a positive response, and then a separate transmission to Y', which then also gives a positive response. The transmitting station itself determines the time difference between the respective positive responses to determine the difference in transmission times to the respective stations. However, the technique described in JP-A-60-1950 is not suitable for implementing a network diagnostic tool capable of mapping the position of network nodes to a local network, since each network station would have to be able to calculate or implement an accurate time interval between packet transmissions and receptions. Such a system is inconvenient for this purpose and would be unnecessarily complex. It is desirable instead to use a standard network node which would not have to perform any additional operations except for the purpose of fault diagnostic measurements.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Netzwerk-Diagnose zur Verwendung bei der Bestimmung der Position eines Netzwerkknotens entlang eines Busses, auf dem sich Pakete gleichzeitig von dem Netzwerkknoten in beide Richtungen entlang des Busses ausbreiten, geschaffen, gekennzeichnet durch: eine Zeitgebereinrichtung zum Empfangen eines Pakets, das von dem Netzwerkknoten gesendet wurde und sich in eine Richtung entlang des Busses ausbreitet; eine Paketempfangseinrichtung zum Empfangen eines entsprechenden Pakets, das sich in die entgegengesetzte Richtung entlang des Busses ausbreitet, und zum nachfolgenden Senden eines Signals zu der Zeitgebereinrichtung, das den Empfang des entsprechenden Pakets durch die Paketempfangseinrichtung anzeigt; und eine Einrichtung zum Bestimmen des Zeitunterschieds zwischen der Ankunft des Pakets und der Ankunft des Signals an der Zeitgebereinrichtung. Aus dem Zeitunterschied, der somit bestimmt wird, kann die Entfernung zwischen den Knoten hergeleitet werden.According to the present invention, a network diagnostic apparatus is provided for use in determining the position of a network node along a bus on which packets are simultaneously traveling from the network node to both directions along the bus, characterized by: timing means for receiving a packet transmitted by the network node and propagating in one direction along the bus; packet receiving means for receiving a corresponding packet propagating in the opposite direction along the bus and subsequently sending a signal to the timing means indicating receipt of the corresponding packet by the packet receiving means; and means for determining the time difference between the arrival of the packet and the arrival of the signal at the timing means. From the time difference thus determined, the distance between the nodes can be derived.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Paketempfangseinrichtung eine Echoeinrichtung zum Empfangen des entsprechenden Pakets und zum nachfolgenden Senden eines Echopakets entlang des Busses zu der Zeitgebereinrichtung. Folglich schließt dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung die Verwendung des LAN selbst ein, um eine Nachrichtenübermittlung zwischen der Zeitgebereinrichtung und der Echoeinrichtung zu schaffen.In one embodiment, the packet receiving means includes an echo means for receiving the corresponding packet and subsequently sending an echo packet along the bus to the timing means. Thus, this aspect of the present invention includes the use of the LAN itself to provide messaging between the timing means and the echo means.

Die Zeitgebereinrichtung und die Echoeinrichtung können eine zeitkonsistente Einrichtung (wie nachfolgend definiert wird) zum Erfassen der Paketankunftszeiten und zum Identifizieren der Quelladresse der ankommenden Pakete umfassen. Die Echoeinrichtung umfaßt ferner vorzugsweise eine Einrichtung zum Erfassen der Übertragungszeit eines Pakets bezüglich der Ankunftszeit eines früheren Pakets. Folglich können die Zeitgebereinrichtung und die Echoeinrichtung die gleichen Hardwarekomponenten aufweisen und können jeweils auf einer Computerkarte verwirklicht werden.The timing means and the echo means may comprise time-consistent means (as defined below) for detecting packet arrival times and for identifying the source address of the incoming packets. The echo means preferably further comprises means for detecting the transmission time of a packet with respect to the arrival time of a previous packet. Thus, the timing means and the echo means may comprise the same hardware components and may each be implemented on a computer card.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Paketempfangseinrichtung eine Einrichtung zum Empfangen des entsprechenden Pakets und zum nachfolgenden Senden eines Signals zu der Zeitgebereinrichtung über einen Signalpfad, wie z.B. ein Kabel, das von dem Bus getrennt ist. In diesem Fall kann die Zeitgebereinrichtung eine erste Speichereinrichtung zum Speichern der Ankunftszeit des Pakets bei der Zeitgebereinrichtung und eine zweite Speichereinrichtung zum Speichern der Ankunftszeit des Signals einschließen. Die Zeitgebereinrichtung kann ein Microprozessorsystem umfassen, das die in der ersten und zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Werte verwendet, um die Position des Netzwerkknotens entlang des Busses zu berechnen.In a further embodiment, the packet receiving device comprises means for receiving the corresponding packet and for subsequently sending a signal to the timing device via a signal path, such as a cable, separate from the bus. In this case, the timing device may include first storage means for storing the time of arrival of the packet at the timing device and second storage means for storing the time of arrival of the signal. The timing device may include a microprocessor system that uses the values stored in the first and second storage means to calculate the position of the network node along the bus.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Zeitgebereinrichtung und die Paketempfangseinrichtung vorzugsweise mit jeweiligen Enden des Busses verbunden.In another embodiment, the timing device and the packet receiving device are preferably connected to respective ends of the bus.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Netzwerkknotens auf einem Kommunikationsnetzwerk, das einen Bus aufweist, mit dem der Netzwerkknoten verbunden ist, sowie eine Zeitgebereinrichtung und eine Paketempfangseinrichtung, die an räumlich getrennten Standorten entlang des Busses verschaltet sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Senden eines Pakets von dem Netzwerkknoten auf den Bus, so daß sich das Paket zur gleichen Zeit in beide Richtungen entlang des Busses ausbreitet; Empfangen des Pakets, das sich in eine Richtung ausbreitet, an der Zeitgebereinrichtung; Empfangen des entsprechenden Pakets, das sich in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet, an der Paketempfangseinrichtung und nachfolgendes Senden eines Signals zu der Zeitgebereinrichtung, das den Empfang des entsprechenden Pakets durch die Paketempfangseinrichtung anzeigt; Empfangen des Signals an der Zeitgebereinrichtung; und Bestimmen der Zeitverzögerung zwischen dem Empfang des Pakets und dem Empfang des Signals an der Zeitgebereinrichtung.The present invention further provides a method for determining the position of a network node on a communications network comprising a bus to which the network node is connected, and a timing device and a packet receiving device connected at spatially separated locations along the bus, characterized by the following steps: sending a packet from the network node onto the bus so that the packet propagates in both directions along the bus at the same time; receiving the packet propagating in one direction at the timing device; receiving the corresponding packet propagating in the opposite direction at the packet receiving device and subsequently sending a signal to the timing device indicating receipt of the corresponding packet by the packet receiving device; receiving the signal at the timing device; and determining the time delay between receipt of the packet and receipt of the signal at the timing device.

Die Paketempfangseinrichtung kann eine Echoeinrichtung aufweisen, und das Signal kann ein Echopaket, das in die eine Richtung entlang des Busses gesendet wird, aufweisen. Das Verfahren kann den Schritt des Sendens eines Pakets, das Echozeitinformationen beinhaltet, von der Echoeinrichtung zu der Zeitgebereinrichtung einschließen. Zusätzlich kann das Verfahren das anfängliche Senden eines Signals, wie z.B. eines Datenpakets, zwischen der Zeitgebereinrichtung und der Echoeinrichtung zum Identifizieren der Netzwerkadresse des zu untersuchenden Netzwerkknotens einschließen.The packet receiving means may comprise an echo means, and the signal may comprise an echo packet sent in one direction along the bus. The The method may include the step of sending a packet containing echo time information from the echo device to the timing device. In addition, the method may include initially sending a signal, such as a data packet, between the timing device and the echo device for identifying the network address of the network node to be examined.

Alternativ kann das Signal über einen Signalpfad, der von dem Bus getrennt ist, zu der Zeitgebereinrichtung gesendet werden.Alternatively, the signal may be sent to the timing device via a signal path separate from the bus.

Eine Vorrichtung und Verfahren zur Netzwerk-Diagnose gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beispielsweise bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:An apparatus and method for network diagnostics according to the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Netzwerk-Diagnosewerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a schematic representation of a network diagnostic tool according to the present invention;

Fig. 2 die Komponenten der Zeitgeber- und Echo-Vorrichtungen;Fig. 2 the components of the timing and echo devices;

Fig. 3 ein Protokolldiagramm;Fig. 3 is a protocol diagram;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Netzwerk-Diagnosewerkzeuges gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;Fig. 4 is a schematic diagram of a network diagnostic tool according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 5 die Komponenten der Paketerfassungsvorrichtung und des Spezialzweck-Netzwerkknotens von Fig. 4;Fig. 5 shows the components of the packet capture device and the special purpose network node of Fig. 4;

Fig. 6 ein Protokolldiagramm, das sich auf das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, bezieht.Fig. 6 is a protocol diagram relating to the embodiment shown in Figs. 4 and 5.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden beispielsweise hinsichtlich des Netzwerks IEEE 802.3 beschrieben und es sollte offensichtlich sein, daß die Erfindung auch auf andere Netzwerktypen anwendbar ist.The embodiments of the invention are for example with respect to the IEEE 802.3 network and it should be obvious that the invention is also applicable to other types of networks.

Fig. 1 zeigt ein LAN, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, einen gemeinsamen Mehrfachzugriffsbus 12 und mehrere Arbeitsplatzrechner 14, 16, 18, 20 und 22. Die Arbeitsplatzrechner 20 und 22 sind mit den Enden des Busses 12 verbunden und arbeiten ferner als Zeitgeber- bzw. Echo-Station. Der Arbeitsplatzrechner 14 stellt den Netzwerkknoten dar, dessen Position bestimmt werden soll, und die verbleibenden Arbeitsplatzrechner sind mit gestrichelten Linien dargestellt.Figure 1 shows a LAN, generally designated 10, a common multiple access bus 12, and a plurality of workstations 14, 16, 18, 20, and 22. Workstations 20 and 22 are connected to the ends of bus 12 and also function as a timing station and an echo station, respectively. Workstation 14 represents the network node whose position is to be determined, and the remaining workstations are shown in dashed lines.

Allgemein gesprochen arbeitet das Diagnosewerkzeug folgendermaßen:Generally speaking, the diagnostic tool works as follows:

Ein Zeitgeber an der Zeitgeberstation 20 wird gestartet, wenn ein Paket vom Sendearbeitsplatzrechner 14 ankommt. Dieses Paket bewegt sich ferner zu der Echostation 22, an der es erfaßt wird. Die Echostation 22 verzögert danach eine gemessene Zeit t3, bevor es ein Paket zu der Zeitgeberstation 20 sendet. Wenn dieses Paket die Zeitgeberstation 20 erreicht, wird der Zeitgeber gestoppt. Die gemessene Zeit wird nachfolgend berechnet:A timer at the timer station 20 is started when a packet arrives from the sending workstation 14. This packet then travels to the echo station 22 where it is detected. The echo station 22 then delays a measured time t3 before sending a packet to the timer station 20. When this packet reaches the timer station 20, the timer is stopped. The measured time is calculated as follows:

T = (t2 + t3 + t4) - t1T = (t2 + t3 + t4) - t1

mit t4 = t1 + t2with t4 = t1 + t2

daher T = 2 t2 + t3therefore T = 2 t2 + t3

wobei t3 durch die Echostation gemessen wird. Daher kann t2 bestimmt werden und die Position des Arbeitsplatzrechners 14 auf dem LAN gefunden werden.where t3 is measured by the echo station. Therefore, t2 can be determined and the position of the workstation 14 on the LAN can be found.

Zwischen der Zeitgeberstation 20 und der Echostation 22 wird eine Kommunikation benötigt, um eine Aktivität, z.B. hinsichtlich des zu untersuchenden Arbeitsplatzrechners, zu synchronisieren. Deshalb ist ein Kommunikationsprotokoll zwischen dem zeitgeber und den Echostationen 20 und 22 erforderlich. Sowohl die Zeitgeber- als auch die Echostationen können Computer mit Spezialzweck-LAN-Schnittstellen sein, die es ermöglichen, das LAN für eine normale Kommunikation zu verwenden. Die Zeitgeber- und Echo-Stationen 20 und 22 umfassen zeitkonsistente Spezialzweck-Anpassungshardware zum Identifizieren von Paketen und zum Ermöglichen einer Paketübertragung nach einer gemessenen Verzögerung. Mit "zeitkonsistente Anpassungshardware" ist gemeint, daß die Zeit, die benötigt wird, um die Ankunft eines Pakets zu erfassen, für beide Hardwaresätze die gleiche ist, und daß die Echozeit beständig gemessen werden kann. Da die Zeitgeber- und Echo- Stationen 20 und 22 die Paketanpassungs- und Zeit-Funktionen gemeinsam haben, könnte eine gemeinsame Schnittstellenkarte entwickelt werden, die alle notwendigen Funktionen der Zeitgeber- und Echo-Stationen durchführt.Communication is required between the timer station 20 and the echo station 22 in order to synchronize an activity, e.g. with respect to the workstation to be examined. Therefore, a communication protocol between the timer and the echo stations 20 and 22 is required. Both the timing and echo stations may be computers with special purpose LAN interfaces that allow the LAN to be used for normal communications. The timing and echo stations 20 and 22 include special purpose time consistent matching hardware for identifying packets and allowing packet transmission after a measured delay. By "time consistent matching hardware" is meant that the time required to detect the arrival of a packet is the same for both sets of hardware and that the echo time can be consistently measured. Since the timing and echo stations 20 and 22 share the packet matching and timing functions, a common interface card could be developed that performs all of the necessary functions of the timing and echo stations.

Gemäß Fig. 2 ist die Zeitgebereinrichtung in der Zeitgeberstation 20 allgemein mit 30 bezeichnet. Die Zeitgebereinrichtung 30 umfaßt ein Microprozessorsystem und eine Netzwerksteuerung 32, ein Sendezeitregister 34, ein Empfangszeitregister 36, einen Zähler 38 und einen Oszillator 40.According to Fig. 2, the timing device in the timing station 20 is generally designated 30. The timing device 30 comprises a microprocessor system and a network controller 32, a transmission time register 34, a reception time register 36, a counter 38 and an oscillator 40.

Die Zeitgebereinrichtung 30 steht mittels eines Netzwerktransceivers 42, wie z.B. einem Standardtransceiver IEEE 802.3, mit dem LAN 10 in Verbindung. Ankommende Signale werden von dem Empfänger 42 über einen Datenempfangs-Verstärker und -Filter 44 und einen Leitungsdecoder 46, wie z.B. einen Manchester-Decoder, zu dem Microprozessorsystem 32 geleitet. Die ankommenden Signale werden von dem Netzwerktransceiver 42 über eine Träger- oder Paketerfassungsvorrichtung 48 zu dem Empfangszeitregister 36 geleitet. Die Signale werden von dem Microprozessor 32 über einen Leitungscodierer 50, wie z.B. einen Manchester-Codierer, und einen Sendeverstärker 52 zu dem Netzwerktransceiver 42 geleitet. Aus Gründen der Bequemlichkeit umfaßt die Echoeinrichtung in der Echostation 22 die gleichen Komponenten wie die Zeitgebereinrichtung 30. Sowohl die Zeitgebereinrichtung 30 als auch die Echoeinrichtung können den Teil einer Computerkarte bilden. Es ist offensichtlich, daß die Zeitgebereinrichtung das Sendezeitregister 34 nicht benutzt. Die "Schreib"-Signale für das Sendezeit- und das Empfangszeit-Register 34 und 36 müssen genau an dem Punkt der Paket-Sendung bzw. des -Empfangs erzeugt werden.The timing device 30 is connected to the LAN 10 by means of a network transceiver 42, such as a standard IEEE 802.3 transceiver. Incoming signals are passed from the receiver 42 through a data receive amplifier and filter 44 and a line decoder 46, such as a Manchester decoder, to the microprocessor system 32. The incoming signals are passed from the network transceiver 42 through a carrier or packet capture device 48 to the receive timing register 36. The signals are passed from the microprocessor 32 through a line encoder 50, such as a Manchester encoder, and a transmit amplifier 52 to the network transceiver 42. For convenience, the echo device in the echo station 22 comprises the same components as the timing device 30. Both the timing device 30 and the echo device may form part of a computer card. It will be appreciated that that the timing device does not use the transmit time register 34. The "write" signals for the transmit time and receive time registers 34 and 36 must be generated precisely at the point of packet transmission or reception.

Beim Betrieb implementieren die Zeitgeber- und die Echo-Station 20 und 22 den Algorithmus, der wie folgt beschrieben und in Fig. 3 dargestellt ist:In operation, the timer and echo stations 20 and 22 implement the algorithm described as follows and shown in Fig. 3:

Time station software algorithm

1. Sende ein Paket (PCI) zur Echostation 22, wobei die Netzwerkadresse des Arbeitsplatzrechners 14 identifiziert wird.1. Send a packet (PCI) to the echo station 22, identifying the network address of the workstation 14.

2. Warte auf ein Paket einer positiven Rückmeldung (PCA) von der Echostation 22.2. Wait for a positive acknowledgement (PCA) packet from echo station 22.

3. Warte auf ein Paket (PC) von dem Arbeitsplatzrechner 14.3. Wait for a packet (PC) from workstation 14.

4. Lies das Empfangszeitregister 36, das die Zeit (trx1) des Paketempfangs mit der erforderlichen Genauigkeit anzeigt.4. Read the reception time register 36, which indicates the time (trx1) of packet reception with the required accuracy.

5. Warte auf ein Paket (PE) von der Echostation 22.5. Wait for a packet (PE) from echo station 22.

6. Lies das Empfangszeitregister 36, das die Zeit (trx2) des Paketempfangs mit der erforderlichen Genauigkeit anzeigt.6. Read the reception time register 36, which indicates the time (trx2) of packet reception with the required accuracy.

7. Warte auf ein Paket (PT) von der Echostation 22, das Zeitgeberinformationen (techo) von der Echostation 22 trägt, wobei techo in einem entspannten Zeitrahmen bestimmt sein kann.7. Wait for a packet (PT) from echo station 22 carrying timer information (techo) from echo station 22, where techo can be determined in a relaxed time frame.

8. Berechne die physikalische Position des Arbeitsplatzrechners 14 auf dem Netzwerk gemäß folgender Gleichung: 8. Calculate the physical position of workstation 14 on the network using the following equation:

wobei x die Entfernung des Arbeitsplatzrechners 14 von der Echostation 22 entlang des Busses 12 ist, und v die Signalausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Netzwerk ist.where x is the distance of the workstation 14 from the echo station 22 along the bus 12, and v is the signal propagation speed on the network.

Echostation software algorithm

1. Warte auf ein Paket (PCI) von der Zeitgeberstation 20, wobei die Netzwerkadresse des Arbeitsplatzrechners 14 identifiziert wird.1. Wait for a packet (PCI) from the timing station 20, identifying the network address of the workstation 14.

2. Sende ein Paket mit einer positiven Bestätigung (PCA) zur Zeitgeberstation 20.2. Send a packet with a positive acknowledgement (PCA) to timing station 20.

4. Lies das Empfangszeitregister 36, das die Zeit (trx) der Paketankunft (PC) anzeigt.4. Read the receive time register 36, which indicates the time (trx) of packet arrival (PC).

5. Sende ein Echopaket (PE) zur Zeitgeberstation 20.5. Send an echo packet (PE) to timing station 20.

6. Lies das Sendezeitregister 34, um die genaue Sendezeit (ttx) zu bestimmen.6. Read the transmission time register 34 to determine the exact transmission time (ttx).

7. Berechne die für das Echo benötigte Zeit (techo) mit7. Calculate the time required for the echo (techo) with

techo = ttx - trx (2)techo = ttx - trx (2)

8. Sende ein Paket (PT) zur Zeitgeberstation 20, das die Information techo trägt.8. Send a packet (PT) to timing station 20 carrying the information techo.

9. Gehe zu Zustand 1.9. Go to state 1.

Das System ist derart angeordnet, daß die Paketanpassungsfunktionen ohne straffe Zeitabhängigkeiten durchgeführt werden.The system is arranged in such a way that the package adaptation functions without strict time constraints.

Es ist offensichtlich, daß alle Pakete, die von einem Arbeitsplatzrechner gesendet werden, die Adressen ihrer Quelle und ihrer Bestimmung enthalten.It is obvious that all packets sent from a workstation contain the addresses of their source and their destination.

Es kann in der Praxis herausgefunden werden, daß es vorteilhaft ist, das Netzwerk-Diagnosewerkzeug derart zu konfigurieren, daß alle empfangenen Pakete, oder alle Pakete, die während einer ausgewählten Zeitperiode empfangen werden, und nicht nur die Echopakete von dem gewählten Arbeitsplatzrechner, zurückgeworfen werden.It may be found in practice that it is advantageous to configure the network diagnostic tool to bounce all received packets, or all packets received during a selected time period, and not just the echo packets from the selected workstation.

Die benötigte zeitliche Auflösung der Zeitgebereinrichtung 30 hängt von der Ausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Netzwerk und der erforderlichen Genauigkeit der Netzwerkknoten- Positionsauflösung entlang des Busses ab. Für das Netzwerk IEEE 802.3 beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit näherungsweise 0,2 Meter pro Nanosekunde. Die minimale empfohlene Entfernung zwischen zwei beliebigen Stationen beträgt 2,5 Meter. Damit die Zeitgebereinrichtung zwischen zwei Stationen A und B, die in der minimalen Entfernung voneinander angeordnet sind, unterscheiden kann, muß die Zeit T meßbar sein:The required temporal resolution of the timing device 30 depends on the propagation speed on the network and the required accuracy of the network node position resolution along the bus. For the IEEE 802.3 network, the propagation speed is approximately 0.2 meters per nanosecond. The minimum recommended distance between any two stations is 2.5 meters. In order for the timing device to be able to distinguish between two stations A and B that are located at the minimum distance from each other, the time T must be measurable:

T = Ta - Tb = (2 t2a+t3a) - (2 t2b+t3b) = 2 (t2a-t2b) (vorausgesetzt t3a = t3b, näherungsweise) = 2 (2,5 / 0,2) ns = 25 nsT = Ta - Tb = (2 t2a+t3a) - (2 t2b+t3b) = 2 (t2a-t2b) (assuming t3a = t3b, approximately) = 2 (2.5 / 0.2) ns = 25 ns

(Der Index a gilt für Messungen, die bei der Bestimmung der Position der Station A gemacht werden, und der Index b gilt für Messungen, die bei der Bestimmung der Position der Station B gemacht werden).(The index a applies to measurements made when determining the position of station A and the index b applies to measurements made when determining the position of station B).

Um diese Zeitauflösung zu liefern, muß der Zähler 38 bei einer Frequenz gleich oder größer als 40 Megahertz arbeiten. Um die notwendige Genauigkeit zu liefern, muß der Zähler bis über 25 Nanosekunden über das gesamte Zeitintervall genau sein. Die minimale Paketlänge auf einem Netzwerk IEEE 802.3 beträgt 596 Bit und die Übertragungsrate ist 10 Mbit/s. Der Algorithmus macht es erforderlich, daß ein Zeitintervall, das äquivalent der Sendezeit eines Paketes minimaler Größe plus der bis zu zweifachen Ausbreitungsverzögerung von Ende zu Ende plus der zweifachen Verzögerung zwischen dem Paketempfang und der Paketsendung an der Echostation gemessen werden. Wenn vorausgesetzt wird, daß die Zeit zwischen dem Paketempfang und der -sendung an der Echostation kleiner ist als 200 Microsekunden, und ein Netzwerk von 500 Metern angenommen wird, entspricht dies einem Zeitintervall T, wobeiTo provide this time resolution, the counter 38 must be at a frequency equal to or greater than 40 megahertz. To provide the necessary accuracy, the counter must be accurate to over 25 nanoseconds over the entire time interval. The minimum packet length on an IEEE 802.3 network is 596 bits and the transmission rate is 10 Mbit/s. The algorithm requires that a time interval equivalent to the transmission time of a packet of minimum size plus up to twice the propagation delay from end to end plus twice the delay between packet reception and packet transmission at the echo station be measured. Assuming that the time between packet reception and transmission at the echo station is less than 200 microseconds and assuming a network of 500 meters, this corresponds to a time interval T, where

T = 596 Bits/(10 x 10&sup6;) + 2 (500/[0,2 x 10&sup9;]) + 200x10&supmin;&sup6; = 265 Microsekunden.T = 596 bits/(10 x 10⁶) + 2 (500/[0.2 x 10⁹]) + 200x10⁻⁶ = 265 microseconds.

Daher ist ein 40 Megahertz-Quarzoszillator mit einer Frequenzgenauigkeit von mindestens 95 ppm (ppm = parts per million) erforderlich. Eine erhöhte Genauigkeit könnte ohne Erhöhung der Quarzoszillatorfrequenz durch Mittelung über mehrere Ablesungen erhalten werden.Therefore, a 40 megahertz crystal oscillator with a frequency accuracy of at least 95 ppm (ppm = parts per million) is required. Increased accuracy could be obtained without increasing the crystal oscillator frequency by averaging over several readings.

Das obige Ausführungsbeispiel liefert ein Netzwerk-Fehlerdiagnosewerkzeug zum Feststellen der Position eines Netzwerkknotens entlang eines Mehrfachzugriffbusses, ohne irgendwelche externen Verbindungen zu dem Netzwerk zu benötigen.The above embodiment provides a network troubleshooting tool for determining the position of a network node along a multiple access bus without requiring any external connections to the network.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es die Zeitgeberstation, die anzeigt, welcher Arbeitsplatzrechner untersucht wird. Ein alternativer Lösungsansatz wäre es, das System derart zu konfigurieren, daß das Fehlerdiagnosewerkzeug als Reaktion auf ein anfängliches Paket von einem Arbeitsplatzrechner verwendet werden kann.In the embodiment described above, it is the timer station that indicates which workstation is being investigated. An alternative approach would be to configure the system so that the fault diagnosis tool can be used in response to an initial packet from a workstation.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun bezugnehmend auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben. Fig. 4 zeigt ein LAN 100, das einen Mehrfachzugriffbus 102 und Netzwerkknoten 104 und 106 aufweist. Pakete von den Netzwerkknoten bewegen sich in beide Richtungen entlang des Mehrfachzugriffbusses 102. Eine Paketerfassungsvorrichtung 108 ist mit dem ersten Ende des Busses 102 verbunden und eine Zeitgebervorrichtung in der Form eines Spezialzweck- Netzwerkknotens 110 ist mit dem anderen Ende des Busses 102 verbunden. Ein Kabel 112 verbindet die Paketerfassungsvorrichtung 108 und den Spezialzweck-Netzwerkknoten 110.A second embodiment of the present invention will now be described with reference to Figures 4 to 6. Figure 4 shows a LAN 100 having a multiple access bus 102 and network nodes 104 and 106. Packets from the network nodes travel in both directions along the multiple access bus 102. A packet capture device 108 is connected to the first end of the bus 102 and a timing device in the form of a special purpose network node 110 is connected to the other end of the bus 102. A cable 112 connects the packet capture device 108 and the special purpose network node 110.

Allgemein gesprochen arbeitet das Netzwerk-Diagnosewerkzeug, das in Fig. 4 dargestellt ist, wie folgt.Generally speaking, the network diagnostic tool shown in Fig. 4 works as follows.

Wenn ein Paket durch die Paketerfassungsvorrichtung 108 erfaßt wird, wird ein Signal von der Paketerfassungsvorrichtung 108 über das Kabel 112 zu dem Spezialzweck-Netzwerkknoten 110 gesendet. Der Spezialzweck-Netzwerkknoten 110 protokolliert die Ankunftszeit (T1) des Pakets. Das entsprechende Paket, das sich in die andere Richtung entlang des Mehrfachzugriffbusses 102 bewegt hat, wird vom Spezialzweck-Netzwerkknoten 110 erfaßt und seine Ankunftszeit (T2) wird ebenfalls protokolliert.When a packet is detected by the packet capture device 108, a signal is sent from the packet capture device 108 over the cable 112 to the special purpose network node 110. The special purpose network node 110 logs the arrival time (T1) of the packet. The corresponding packet that has traveled in the other direction along the multiple access bus 102 is detected by the special purpose network node 110 and its arrival time (T2) is also logged.

Es ist eine anfängliche Kalibration erforderlich, um die Zeit, die zwischen beiden verstreicht, zu berücksichtigen:An initial calibration is required to take into account the time that elapses between the two:

a) Empfang eines Pakets vom Netzwerkempfänger 114 und folgerichtiges Takten des Registers 122 (tp), unda) receiving a packet from the network receiver 114 and sequentially clocking the register 122 (tp), and

b) Empfang eines Pakets von dem Netzwerkempfänger 132 und folgerichtiges Takten des Registers 124 (tq).b) Receiving a packet from the network receiver 132 and consequently clocking the register 124 (tq).

Der Abstand (x) des Netzwerkknotens von dem Ende des Busses 102 kann dann wie folgt berechnet werden:The distance (x) of the network node from the end of the bus 102 can then be calculated as follows:

x = [(T&sub2;-tq) - (T&sub1;-tp)] Vx = [(T₂-tq) - (T₁-tp)] V

wobei V die Ausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Netzwerk darstellt.where V represents the propagation speed on the network.

Das Vorzeichen von x zeigt an, bezüglich welchen Endes des Busses 102 die berechnete Entfernung verwendet werden soll.The sign of x indicates with respect to which end of the bus 102 the calculated distance should be used.

Nun bezugnehmend auf Fig. 5 umfaßt die Paketerfassungsvorrichtung 108 einen Netzwerkempfänger 114, einen Paketdetektor 116 und einen Signalsender 118. Der Spezialzweck-Netzwerkknoten 110 umfaßt ein Microprozessorsystem 120, das Zeitdaten von zwei Empfangszeitregistern 122 und 124 empfängt. Ein Oszillator 126 liefert Taktsignale zu einem Zähler 128, der mit den Registern 122 und 124 verbunden ist. Ein Signaldetektor 130 erfaßt Signale, die von dem Signalsender 118 über das Kabel 112 gesendet werden. Ein Netzwerkempfänger 132 empfängt Pakete von dem Bus 102 und sendet dieselben zu einem Paketdetektor 134, der mit dem Register 124 verbunden ist, und ferner zu einem Verstärker mit Filter 136. Der Verstärker mit Filter 136 ist mit einem Leitungsdecoder 138, der dem Microprozessorsystem 120 Signale zuführt, verbunden.Referring now to Figure 5, the packet capture device 108 includes a network receiver 114, a packet detector 116, and a signal transmitter 118. The special purpose network node 110 includes a microprocessor system 120 that receives timing data from two receive timing registers 122 and 124. An oscillator 126 provides clock signals to a counter 128 connected to the registers 122 and 124. A signal detector 130 detects signals sent from the signal transmitter 118 over the cable 112. A network receiver 132 receives packets from the bus 102 and sends them to a packet detector 134, which is connected to the register 124, and also to an amplifier and filter 136. The amplifier and filter 136 is connected to a line decoder 138, which supplies signals to the microprocessor system 120.

Der Betrieb des Netzwerk-Diagnosewerkzeugs wird nun bezugnehmend auf Fig. 5 und das Protokolldiagramm von Fig. 6 beschrieben.The operation of the network diagnostic tool will now be described with reference to Fig. 5 and the protocol diagram of Fig. 6.

Ein Paket, das von dem Netzwerkknoten 104 gesendet wird, wird vom Netzwerkempfänger 114 empfangen, der die Signale zu einem Paketdetektor 116 leitet, welcher einen Signalimpuls liefert, der von dem Signalsender 118 verstärkt wird, um ein Signal zu erzeugen, das die Ankunft eines Pakets anzeigt. Dieses Signal wandert über das Kabel 112 zu dem Signaldetektor 130 des Spezialzweck-Netzwerkknotens 110, der das Register 122 veranlaßt, den Wert des Zählers 128 zwischenzuspeichern. Die entsprechende Paketankunft am zweiten Ende des Busses 102 wird über den Netzwerkempfänger 132 zu dem Paketdetektor 134 übertragen, der ein Signal erzeugt, das das Register 124 veranlaßt, den Wert des Zählers 128 zwischenzuspeichern.A packet sent by network node 104 is received by network receiver 114 which passes the signals to a packet detector 116 which provides a signal pulse which is amplified by signal transmitter 118 to produce a signal indicating the arrival of a packet. This signal travels over cable 112 to signal detector 130 of special purpose network node 110 which causes register 122 to latch the value of counter 128. The corresponding packet arrival at the second end of bus 102 is transmitted via network receiver 132 to packet detector 134 which produces a signal causing register 124 to latch the value of counter 128.

Der Verstärker mit Filter 136 überträgt Signale vom Netzwerkempfänger 132 über den Leitungsdecoder 133, indem die übertragenen Paketdaten wiedergewonnen werden, zum Microprozessorsystem 120. Das Microprozessorsystem 120 identifiziert die Quellenadresse des Netzwerkknotens, die in dem Datenpaket bereitgestellt ist, und liest die Inhalte der Register 122 und 124 nach einer Verzögerung, die länger ist als die Netzwerkausbreitungsverzögerung. Tatsächlich ist der Microprozessor über die Ankunft eines Pakets am zweiten Ende des Busses 102 schon bald nach dem Beginn des Ankommens des Pakets alarmiert, und wartet dann darauf, die Inhalte der Register 122 und 124 zu ändern.The amplifier with filter 136 transmits signals from the network receiver 132 through the line decoder 133 by recovering the transmitted packet data to the microprocessor system 120. The microprocessor system 120 identifies the source address of the network node provided in the data packet and reads the contents of the registers 122 and 124 after a delay longer than the network propagation delay. In fact, the microprocessor is alerted to the arrival of a packet at the second end of the bus 102 soon after the packet begins to arrive and then waits to change the contents of the registers 122 and 124.

Die Position des Netzwerkknotens, von dem das gesendete Paket ausgeht, wird wie folgt berechnet:The position of the network node from which the sent packet originates is calculated as follows:

x = [(T2-tq) - (T1-tp)] Vx = [(T2-tq) - (T1-tp)] V

wobei V die Ausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Netzwerk ist, und tp und tq gemäß obiger Erklärung definiert sind. Das Vorzeichen des Ergebnisses zeigt an, ob sich die berechnete Entfernung auf das erste oder das zweite Ende des Busses 102 bezieht.where V is the propagation velocity on the network, and tp and tq are defined as explained above. The sign of the result indicates whether the calculated distance refers to the first or second end of the bus 102.

In der Praxis ist die Zeit, die zum Senden oder Empfangen eines Pakets verwendet wird, viel größer als die Ausbreitungszeit entlang des Netzwerkes. Das bedeutet, daß keine Möglichkeit besteht, Fehlmessungen als Folge eines Durcheinanderbringens von verschiedenen Paketen, die von einem einzelnen Netzwerkknoten gesendet werden, durchgeführt werden.In practice, the time used to send or receive a packet is much larger than the propagation time along the network. This means that there is no possibility of making false measurements as a result of mixing up different packets sent by a single network node.

Auf Netzwerken, wie dem Netzwerk IEEE 802.3, die ein Trägererfassungs-Mehrfachzugriffsverfahren verwenden, um den Zugriff auf das Netzwerk zu steuern, können Paketkollisionen auftreten. Messungen, die erhalten werden, nachdem eine Kollision erfaßt ist, werden abgelehnt. Ein alternatives Verfahren zur Verwendung von unterschiedlichen Typen von Netzwerken wäre es, mehrere Messungen für spezielle Netzwerkknoten zu machen und alle Messungen unberücksichtigt zu lassen, die sich wesentlich vom Rest unterscheiden.On networks such as the IEEE 802.3 network that use a carrier sense multiple access scheme to control access to the network, packet collisions can occur. Measurements obtained after a collision is detected are rejected. An alternative scheme to use different types of networks would be to make multiple measurements for specific network nodes and ignore any measurements that differ significantly from the rest.

Im allgemeinen kann die Meß-Genauigkeit und -Zuverlässigkeit erhöht werden, indem mehrere Lesungen gemacht werden und diese gemittelt werden.In general, measurement accuracy and reliability can be increased by taking multiple readings and averaging them.

Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf ein beliebiges Netzwerk oder den Teil eines Netzwerkes, der einen zusammenhängenden Mehrfachzugriffbus aufweist, anwendbar ist.It is obvious that the present invention is applicable to any network or part of a network that has a contiguous multiple access bus.

Claims

1. A network diagnostic device for use in determining the position of a network node (14, 104) along a bus (12, 102) in which packets from the network node propagate simultaneously in both directions along the bus, characterized by:

timing means (20, 110) for receiving a packet transmitted from the network node and propagating in a direction along the bus;

a packet receiving means (22, 108) for receiving a corresponding packet propagating in the opposite direction along the bus and for subsequently sending a signal to the timing means (20, 110) indicating receipt of the corresponding packet by the packet receiving means; and

means for determining the time difference between the arrival of the packet and the arrival of the signal at the timing means (20, 110).

2. A network diagnostic device according to claim 1, wherein the packet receiving means comprises echo means (22) for receiving the corresponding packet and subsequently sending an echo packet to the timing means along the bus (12).

3. A network diagnostic device according to claim 2, wherein the timing means (20) and the echo means (22) comprise time-consistent means (30) for detecting packet arrival times and for identifying the source address of the incoming packets.

4. A network diagnostic device according to claim 2 or claim 3, wherein the echo means (22) comprises means (34) for detecting the transmission time of a packet relative to the arrival time of a previous packet.

5. A network diagnostic device according to claim 4, wherein the echo means (22) comprises means for sending a packet containing echo time information to the timer means (20).

6. A network diagnostic device according to any one of claims 2 to 5, wherein the timing device (20) and the echo device (22) comprise the same hardware components.

7. A network diagnostic device according to one of claims 2 to 6, wherein the timing device (20) and the echo device (22) are each implemented on a computer card.

8. A network diagnostic device according to any one of claims 2 to 7, wherein the echo device (22) comprises means for reflecting back all packets it receives or all packets it receives during a selected period of time.

9. A network diagnostic device according to claim 1, wherein the packet receiving device comprises means (108) for receiving the corresponding packet and for subsequently sending a signal to the timing device (110) via a signal path (112) separate from the bus (102).

10. A network diagnostic device according to claim 9, wherein the timer means (110) comprises first storage means (124) for storing the arrival time of the packet to the timing means and second storage means (122) for storing the arrival time of the signal.

11. A network diagnostic device according to claim 10, wherein the timing device (110) comprises a microprocessor system (120) for using the values stored in the first and second storage devices (124, 122) to calculate the position of the network node (104) along the bus (102).

12. A network diagnostic device according to any one of the preceding claims, wherein the timing means (20, 110) and the packet receiving means (22, 108) are connected to the respective ends of the bus (12, 102).

13. A network diagnostic device according to any preceding claim, including means for taking a plurality of time-different measurements, means for comparing the measurements, and means for discarding any measurements that differ substantially from the majority of the measurements.

14. A method for determining the position of a network node (14, 104) on a communications network (10, 100) having a bus (12, 102) to which the network node is connected, and a timer device (20, 110) and a packet receiver device (22, 108) connected at spatially separate locations along the bus, characterized by the following steps:

Sending a packet from the network node (14, 104) onto the bus (12, 102) so that the packet propagates simultaneously in both directions along the bus;

receiving the packet propagating in one direction at the timing device (20, 110);

Receiving the corresponding packet propagating in the opposite direction at the packet receiving device (22, 108) and subsequently sending a signal to the timing device (20, 110) indicating receipt of the corresponding packet by the packet receiving device;

Receiving the signal at the timing device (20, 110); and

Determining the time delay between receipt of the packet and receipt of the signal at the timing device (20, 110).

15. A method according to claim 14, wherein the packet receiving means comprises an echo means (22), and wherein the signal comprises an echo packet sent in the one direction along the bus (12).

16. A method according to claim 15, further comprising sending a packet containing echo timing information from the echo device (22) to the timing device (20).

17. A method according to claim 15 or claim 16, comprising initially sending a signal between the timing means (20) and the echo means (22) identifying the network address of the network node (14).

18. A method according to claim 14, wherein the signal is sent to the timing device (110) via a signal path (112) separate from the bus (102).